[发明专利]一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用。该锂二氧化碳电池正极材料催化剂为多孔碳纳米管；所述多孔碳纳米管的侧壁具有开孔。本发明还提供了锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法和应用。本发明提供的锂二氧化碳电池正极材料催化剂采用多孔碳纳米管，其侧壁上的开孔导致物理表面积、孔体积和活性位点的增加，可以储存更多的放电产物碳酸锂并促进其分解，且制备方法简单高效，耗能低，有效地降低了成本；该催化剂制得的锂二氧化碳电池电化学性能显著提高。

技术领域

本发明涉及锂二氧化碳电池技术领域。更具体地，涉及一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代工业对能源的需求不断增加，化石燃料在全球范围内被过度使用，产生了大量二氧化碳，导致了能源短缺和温室效应。许多化学和物理技术，例如二氧化碳捕获、二氧化碳转化和金属二氧化碳电池等，已被开发用于降低大气中的二氧化碳浓度。

其中，基于锂阳极和二氧化碳阴极之间氧化还原反应(4Li+3CO₂＝2Li₂CO₃+C)的锂二氧化碳电池被认为是最有前景的，它们具有高放电电位(2.8V)和高的理论能量密度(1876Whkg-1)。

然而，由于绝缘放电产物碳酸锂的不可逆形成，导致产生电池过电位高、循环稳定性差和能量效率低等问题，使得锂二氧化碳电池的发展受到限制。尽管已有文献报道几种用于锂二氧化碳电池的高性能碳基材料催化剂，但这种碳基材料催化剂的合成过程复杂且耗能巨大。因此，降低电池过电势及提高电池循环性能，是目前亟待解决的重要问题。

因此，需要提供一种合成简易且耗能低的催化剂作为锂二氧化碳电池正极材料催化剂，来解决上述之一的问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂。

本发明的第二个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂在制备锂二氧化碳电池正极材料中的应用。

本发明的第四个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料。

本发明的第五个目的在于提供一种锂二氧化碳电池正极材料在制备锂二氧化碳电池中的应用。

本发明的第六个目的在于提供一种锂二氧化碳电池。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种锂二氧化碳电池正极材料催化剂，所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂为多孔碳纳米管；所述多孔碳纳米管的侧壁具有开孔。

优选地，所述多孔碳纳米管的直径为40～60nm，更优选为50nm。

优选地，所述侧壁开孔的孔径为30～40nm。

优选地，所述多孔碳纳米管的比表面积为174cm²/g。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述锂二氧化碳电池正极材料催化剂的制备方法，包括如下步骤：

将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化，加热后的产物与酸混合得到混合物，将混合物加热回流，经过滤、洗涤、干燥、热处理得到所述锂二氧化碳电池正极材料催化剂。

优选地，所述将多壁碳纳米管粉末进行加热氧化的条件为：升温速率为1～10℃·min^-1，升温至400～450℃，保温5～10小时；在某些优选地实施例中，升温速率例如为1～5℃·min^-1、5～10℃·min^-1等；升温至400～430℃、430～450℃等；保温时间为5～8小时、8～10小时、10～12小时等。